甲醇制汽油技术（MTG）逐步成熟

MTG工艺是指以甲醇作原料，在一定温度、压力和空速下，通过特定的催化剂的脱水、低聚、异构等作用转化为C11以下的烃类油。其基本原理是甲醇在酸性催化剂作用下转化为烃类混合物，甲醇首先在质子酸催化作用下脱水生成二甲醚（DME），DME进一步转化生成C2-C5烯烃，C2-C5烯烃在ZSM-5催化剂总酸性作用下进一步实现选择性转化反应，包含烯烃生成、烷基化、齐聚、芳构化、裂解和歧化等多步反应，最终得到烷烃、烯烃和芳烃的混合物，即典型的汽油组分。

MTG技术主要有埃克森-美孚的固定床技术、流化床反应器技术、多管式反应器技术以及国内的一步法技术和托普索的一体化汽油合成技术（TIGAS）等。目前，有工业化应用业绩的技术主要是美孚的固定床技术和国内的一步法技术，此外托普索的甲醇制汽油催化剂在工业装置上有较多业绩，本文重点分析讨论这三种技术。

埃克森-美孚的固定床MTG工艺

1967年，美孚公司开发成功MTG固定床工艺。该工艺的反应系统由两段反应器组成。甲醇在第1段反应器中生成接近平衡的甲醇/二甲醚/水混合物，然后进入第2段反应器，在改性ZSM-5分子筛的作用下转化为烃类。反应产物在高压分离器中闪蒸，轻质气体循环回第2段反应器，以控制反应温度，重质产品经分离器分离出气态烃、液态烃和水。

该技术于1986年初在新西兰实现了首次工业化，所建装置年产合成汽油60万吨，并成功运行了10年。该装置采用5个固定床MTG反应器，内装ZSM-5沸石催化剂，其中4个处于不同的反应阶段，另一个再生，甲醇制汽油主要包括反应、蒸馏、再生和重汽油处理四个工序。美国TGDS公司在采用美孚公司的MTG工艺在西弗吉尼亚州建设煤制汽油工厂，设计生产合成汽油75万吨/年，2013年已经投运。

2006年国内晋煤集团引进Mobil公司MTG固定床技术，建成世界第一套10万吨/年煤基甲醇合成油装置，该装置于2009年6月28 日正式出油，于2010年3月29日成功投产[3]。该项目由德国伍德公司进行基础设计，赛鼎公司（化学工业第二设计院）进行详细设计，目前装置已运行四年多，装置运行平稳，工艺操作指标逐步优化；装置满负荷连续稳定运行时间最长已达296天，在装置满负荷运行的情况下，月产油品达到1万吨以上。目前，晋煤集团正在建设利用该技术的100万吨/年甲醇制汽油项目的一期工程。

中科院山西煤化所一步法MTG工艺

一步法MTG工艺由中科院山西煤炭化学研究所、赛鼎工程有限公司、云南煤化工集团公司联合开发，该工艺以改性ZSM-5分子筛为催化剂，通过固定床绝热反应器，将甲醇一步转化为汽油和少量LPG。关键技术为催化剂和反应工艺。对于催化剂的要求是，反应活性高，汽油选择性高，单程寿命和总寿命长。对于工艺的要求是，能够及时将反应生成的热量取出，保证反应过程平稳运行。

n 催化剂技术

中科院山西煤炭化学研究所在实验室进行了大量的ZSM-5分子筛合成技术研究工作，掌握了制备条件对分子筛晶体结构与反应性能的影响规律，获得了有效控制分子筛物性参数和化学反应性能的有关技术信息，形成多项自主知识产权。在此基础上，在工业规模的高压釜中进行了甲醇转化专用小晶ZSM-5分子筛的工业合成试验，通过对分子筛合成条件（母液碱度、模板剂、水热合成温度、压力、晶化时间，搅拌强度等）的优化改进，实现了工业规模甲醇专用小晶粒ZSM-5分子筛合成。所合成的分子筛在甲醇转化方面具有良好的反应活性、选择性和较强抗积碳能力，从而具有较长的单程寿命。

中科院山西煤炭化学研究所开发的“甲醇专用小晶粒ZSM-5分子筛工业合成技术”于2007年通过了由山西省科技厅组织的成果鉴定，专家组一致认为该成果“达到国际先进水平”。中国科学院山西煤炭化学研究所已经完成定型的第一代MTG催化剂代号为JX6021，目前拥有一套生产能力为150吨/年的生产线，可满足生产能力为40万吨汽油/年的工业装置催化剂需求。

反应工艺针对国外两步法MTG工艺存在的两段工艺流程长，两段催化剂寿命不匹配，以及操作过程复杂等问题，赛鼎工程公司、中科院山西煤炭化学研究所以及云南煤化工集团公司共同提出了固定床绝热反应器一步法甲醇转化制汽油的新工艺。在完成过程模拟的基础上，合作三方共同设计建设了催化剂装量为20L的中间实验装置，通过中间试验，验证了这一新工艺的可行性，达到了较为理想的效果。之后，进一步开展了催化剂装量为2m3的固定床绝热反应器一步法甲醇转化制汽油工业示范试验，试验规模为年产汽油3500吨，于2007年12月在云南煤化工集团解化集团公司完成运行试验并取得成功。固定床绝热反应器一步法甲醇转化制汽油新工艺于2009年6月通过了由山西省科技厅组织的成果鉴定，专家组认定该技术具有“国际先进水平”。

托普索一体化汽油合成技术工艺(TIGAS)

托普索一体化汽油合成技术（TIGAS）早在上世纪80年代初期就已经被开发，与美孚开发的传统甲醇制汽油工艺不同，TIGAS在新西兰的Motunui被验证可以延伸至上游实现一步法，直接在单条回路中将合成气转化成汽油，不需要对甲醇冷凝和后续再沸。TIGAS工艺分两步：联合甲醇/二甲醚合成以及汽油合成。甲醇/二甲醚和汽油合成发生在单条回路，其中有两个循环点，一条是在上游甲醇/二甲醚（以达到合成气的高效转化），另一条是甲醇/二甲醚和汽油合成之间（以控制放热）。

TIGAS技术首先在8桶/天的装置上完成了9000小时的试验，后在丹麦建成了中试装置，运行达到1000小时。此外，美国Green Gasoline From Wood公司采用Carbona的气化技术和托普索的TIGAS工艺建成的装置在2013年成功开车，该项目是美国能源部项目，采用木屑制汽油。

TIGAS技术采用GSM催化剂，为高效的沸石分子筛催化剂，高沸石含量，低装填量，堆密度630kg/m3，催化剂活性周期20-25天，寿命可达18个月，产品LPG低于12%，重油（含均四甲苯）低于5%。目前，国内已有多家甲醇制汽油企业采用了托普索的GSM催化剂，如庆华、新疆中基、新疆新业、河北康利达等MTG项目。

王钰，石油和化学工业规划院高级工程师，主要从事能源化工领域的咨询工作